Naukowcy odkryli , że impulsy promieniowania rentgenowskiego o dużej intensywności mogą powodować nieoczekiwane ciemnienie na obrazach dyfrakcyjnych kryształów krzemu. Zjawisko to przyciągnęło uwagę naukowców na całym świecie, ponieważ może doprowadzić do znaczących postępów w technologii laserowej i analizie materiałów.

Kiedy oświetlamy obiekt, naturalnie oczekujemy, że im jaśniejsze źródło światła, tym jaśniejszy będzie uzyskany obraz. Zasada ta dotyczy również ultrakrótkich impulsów laserowych, ale tylko do określonej intensywności. Naukowcy badają obecnie, dlaczego obrazy dyfrakcji rentgenowskiej stają się mniej jasne przy bardzo wysokich intensywnościach promieniowania rentgenowskiego. Badania te nie tylko pogłębiają naszą wiedzę na temat interakcji światła i materii, ale także otwierają nowe możliwości generowania impulsów laserowych o czasie trwania jeszcze krótszym niż obecnie.

Może wydawać się oczywiste, że więcej światła oznacza jaśniejszy obraz, ale ostatnie eksperymenty wykazały, że nie zawsze tak jest. Gdy kryształy krzemu są oświetlane ultraszybkimi impulsami lasera rentgenowskiego, powstałe obrazy dyfrakcyjne stają się początkowo jaśniejsze, gdy na próbkę pada więcej fotonów, co wskazuje na większą intensywność wiązki.

Jednak naukowcy odkryli teraz efekt sprzeczny z intuicją: gdy natężenie wiązki promieniowania rentgenowskiego przekracza pewną wartość krytyczną, obrazy dyfrakcyjne nagle słabną. To tajemnicze zjawisko wzbudziło ciekawość fizyków doświadczalnych i teoretycznych z japońskich, polskich i niemieckich instytutów badawczych.

Centrum RIKEN SPring-8 w Hyogo, Instytut Fizyki Jądrowej PAN (IFJ PAN) w Krakowie i Centrum Badań nad Laserem na Swobodnych Elektronach (CFEL) w laboratorium DESY w Hamburgu połączyły siły, aby rzucić światło na to tajemnicze zjawisko. Lasery rentgenowskie na swobodnych elektronach (XFEL) odgrywają kluczową rolę w analizie materii. Urządzenia te generują niezwykle silne impulsy rentgenowskie trwające femtosekundy (biliardowe części sekundy).

Obecnie zaledwie kilka miejsc na świecie posiada aparaturę rentgenowską XFEL, a wykorzystuje się ją przede wszystkim do analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich. Metoda ta polega na naświetleniu próbki impulsem rentgenowskim i zarejestrowaniu odbitego promieniowania w celu odtworzenia struktury krystalicznej materiału.

Wyniki tych badań mogą zrewolucjonizować technologię laserową i analizę materiałów. Rozumiejąc, dlaczego impulsy promieniowania rentgenowskiego o dużej intensywności powodują nieoczekiwane osłabienie obrazów dyfrakcyjnych, naukowcy będą w stanie opracować nowe metody poprawy wydajności laserów i udoskonalenia metod analizy materiałów.